Accelerating Hydrogen Desorption of Nickel Molybdenum Cathode via Copper Modulation for Pure‐Water‐Fed Hydroxide Exchange Membrane Electrolyzer

材料科学 无机化学 氢氧化物 阴极 制氢 催化作用 分解水 电解 解吸 碱性水电解 聚合物电解质膜电解 化学工程 电解质 冶金 电极 化学 物理化学 生物化学 有机化学 光催化 吸附 工程类
作者
Shi Chun Yang,Zheye Zhang,Alexandra Martini de Oliveira,Shibo Xi,Mohammad Zhiani,Jian Zhang,Zhengkai Tu,Fei Xiao,Shuai Wang,Yushan Yan,Junwu Xiao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (16) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202313275
摘要

Abstract The more sluggish kinetics of hydrogen evolution catalysts in base as compare to that in acid to some degree restricts hydrogen production performance of hydroxide exchange membrane electrolyzers, especially when using earth‐abundant catalysts. Here a ternary nickel–copper–molybdenum hydrogen evolution catalyst is reported that exhibits ≈5 times higher turnover frequency than without copper doping. The X‐ray absorption near‐edge structure and valence band spectrum demonstrate that the light doping of copper into nickel–molybdenum alloy modulates the electronic structure and downshifts the d ‐band center, resulting in accelerated hydrogen desorption, as consolidated by H 2 temperature programmed desorption and theoretical calculation. An electrolyzer employing this cathode catalyst and a nickel–iron anode, gives a current density of 1.7 A cm −2 at 2.0 V with a pure‐water feed through the anode, which outperforms the 2025 target proposed by the United States Department of Energy, and even is operated continuously for over 1000 h with a decay rate of as low as 0.5 mV h −1 . Post‐mortem analysis discloses that hydroxide exchange ionomer migration is one of the key factors affecting long‐term durability. This work demonstrates the feasibility of a low‐cost, water‐fed hydroxide exchange membrane electrolyzer achieving industrial‐level performance and lifetime.
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